水声通信及其在潜艇通信中的应用.pdf

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1、总第202期2011年第4期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringV01．31No．485水声通信及其在潜艇通信中的应用+涂书敏程峻余晖潘锐(中国船舶重工集团公司第七二二研究所武汉430079)摘要介绍了水声通信的特点、系统组成和发展现状，提出了采用水声通信作为水下中、远距离通信手段的结论；分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术，探讨基于水声的水下无线通信在海军潜艇通信应用的前景。关键词水声通信；对潜通信；海洋中图分类号TN929．3AcousticCommunicationanditsApplica

2、tioninSubmarineCommunicationTuShuminChengJunYuHuiPanRui(No．722ResearchInstituteofCSIC，Wuhan430079)，址瞎tractThethesisintmducescharacteristics，systemcompositionandcurrentsituationofacousticcommunication，andputfonⅣardthatitcansen，easanimportantmethodformediumandlongrangeunderwa

3、tercommunicatiorLEhsedona—nalysisofcomplicatedfeaturesunderlyinginacousticchannels，asweUasstudyofkeytechnicalproblemsyettobesolvedinacousticcommunication，thethesisalsodiscussestheprospectofunden^，aterwirelesscommunicationbasedonacousticsintheapplicationofsubmarinecommumcati

4、on№yWo—Sacousticconmlunication，sub眦rirlecommunication，seaClassNumb盯TN929．31引言2水声通信的现状潜艇具有非常好的隐蔽性，但是由于受自身装备所限，潜艇在很长一段时期内都是独立作战，很难与其他兵力协同。随着科技的发展和作战观念的改变，潜艇所担负的任务也越来越多，海军认为潜艇应该是通信网络中的一个节点，因此应该具有在一定深度和速度上进行双向通信的能力[1]。在非常低的频率(200Hz以下)，声波在海洋中却能传播几百公里，即使20kHz的声波在水中的衰减也只有2～3dB／km，

5、因此水下通信一般都使用声波来进行通信。采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段[2J。水声通信技术诞生于上世纪中叶，和其他信号处理技术的发展趋势相同，水声通信技术经历了从最初的模拟通信阶段到现今的数字通信过程。上世纪80年代，水声通信主要以非相干的FSK调制等技术为主，近十几年来，在高速水声通信技术上已由非相干通信向相干通信发展。近期的研究表明，水声通信的研究成果已基本达到可应用的阶段，特别是在海下600～2000m之间有一声道，声波在该声道中可传输到数千公里之外，其传播方式与光波在光波道内的传播类似。现在潜艇的下

6、潜深度一般为250～400m，而未来潜艇的潜深到1000m将是普遍的[3]。因此，这种通信·收稿日期：2010年11月2日。修回日期：2010年12月5日作者简介：涂书敏，男，硕士研究生，工程师，研究方向：通信信号处理及软件无线电技术。86涂书敏等：水声通信及其在潜艇通信中的应用总第202期方式将成为一种有前途的对潜通信方式。2．1相干水声通信技术在高速率水声通信上一般采用相干通信方式。发送端发送相移键控即QPSK调制信号，接收端采用二阶数字锁相环和自适应均衡器进行接收，可以获得比非相干方式高得多的数据传输速率。近年来，OFDM通信方式也开始

7、应用于水声高速数据通信系统中，取得了较大的数据速率与通信距离积。由于水声信道的多途干扰及其时变特性(如图1所示)，需要采用复杂的自适应信道均衡技术[4]。目前主要有线性均衡器(I。E)和判决反馈均衡器(DFE)两种信道均衡技术。自适应算法也有两种，即LMS算法和RI。S算法。除自适应信道均衡技术外，相干水声通信方式还要进行相位估计和补偿、多普勒频移估计和补偿、载波信息的提取等。为了提高接收增益，进一步降低系统的误比特率，在复杂的水声衰落信道中目前还采用MIMO方式，即发送端采用多个换能器组成的阵列进行发射声信号，接收端也采用水听器阵进行接收。

8、n八／、广√-、／＼_—～～图1时变多途衰落信道声传播模型随着硬件水平、信号处理能力的不断提高，水声通信的调制方式、信号处理算法等都在逐渐使用各种新的、复杂的技术，